Seleniuro di rame, indio e gallio: un promettente semiconduttore per le celle solari
Il seleniuro di rame, indio e gallio è un semiconduttore ampiamente utilizzato nelle celle solari grazie alle sue eccezionali proprietà elettroniche e ottiche. Questo materiale rappresenta una promettente alternativa nei dispositivi fotovoltaici e nella produzione di energia solare, offrendo un’opzione sostenibile rispetto ai combustibili fossili.
Oltre ai wafer di silicio, la tecnologia a film sottile, che include il tellururo di cadmio, il silicio amorfo e il seleniuro di rame, indio e gallio, ha dimostrato di avere grandi potenzialità e versatilità nella produzione commerciale di celle solari.
Composizione e struttura dei film sottili
Le celle solari basate sul seleniuro di rame, indio e gallio sono costituite da una serie di film depositati su un substrato rigido o flessibile. Il film di Cu(In,Ga)Se2 è coperto da un film di molibdeno, mentre un’eterogiunzione è creata con la deposizione di uno strato di solfuro di cadmio e uno strato finestra trasparente di ossido di zinco ZnO fortemente drogato.
Dal punto di vista strutturale, il seleniuro di rame, indio e gallio presenta una struttura cristallina simile alla calcopirite, con anioni Se2- coordinati da cationi di rame, indio e gallio. La sostituzione parziale dell’indio con il gallio porta a una diminuzione delle costanti del reticolo, in quanto il raggio atomico del gallio è inferiore a quello dell’indio.
Proprietà e tecnologie di produzione
Il gap di banda del seleniuro di rame, indio e gallio varia tra 1.02 e 1.67 eV in base al rapporto di Cu/(In, Ga). La produzione del CIGS può avvenire attraverso diversi metodi, come la coevaporazione e la sintesi di nanoparticelle sferiche attraverso reazioni chimiche controllate.
La coevaporazione, ad esempio, richiede il riscaldamento e l’evaporazione di quattro sorgenti di Cu, In, Ga e Se, con la sfida del controllo dei flussi degli elementi nel processo. Al contrario, la sintesi di nanoparticelle sferiche implica la reazione di polveri elementari di Cu, In, Se e nitrato di gallio in un’autoclave, utilizzando etilendiammina come solvente e mantenendo una temperatura di 200°C per 36 ore.
Un altro processo coinvolge la depositazione di precursori metallici in una prima fase e la selenizzazione in una seconda fase utilizzando seleniuro di idrogeno o polveri di selenio.
In conclusione, il seleniuro di rame, indio e gallio rappresenta una risorsa preziosa nel settore delle celle solari, offrendo un’eccellente alternativa nei processi di produzione di energia solare con un’attenzione particolare alle tecnologie a film sottile.